Вопрос 1. Поглощение света. Законы Бугера, Бугера-Ламберта и Бугера-Ламберта-Бера

Поглощение света. Рассеяние света

Лекция № 6

План лекции:

1. Поглощение света. Законы Бугера, Бугера-Ламберта и Бугера-Ламберта-Бера.

2. Коэффициент пропускания. Оптическая плотность раствора.

3. Рассеяние света. Закон Рэлея.

Интенсивность света, распространяющегося в среде, может уменьшаться из-за поглощения и рассеивания его молекулами (атомами) вещества.

Поглощением (абсорбцией) света называют ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

Установим закон поглощения света веществом. Если выбрать небольшой слой вещества толщиной dx (рис.1).

рис.1

то естественно считать, что ослабление интенсивности dI света этим слоем при поглощении будет тем больше, чем больше толщина слоя и интенсивность света, падающего на этот слой:

(1)

k – натуральный показатель преломления

(k - коэффициент пропорциональности, зависящий от поглощающей среды и не зависящей в определённых пределах от интенсивности света);

Знак «минус» означает, что интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается, т.е. dI<0.

Интегрируя (1) и подставляя соответствующие пределы, получаем:

откуда, потенцируя, имеем:

(2)

(2) – экспоненциальный закон поглощения света Бугера.

Пьер Бугер

Для различных веществ значения коэффициента поглощения – k весьма различны:

- для воздуха (при нормальном давлении) k имеет порядок 10^-3 м^-1

- для стекла – 1 м^-1

- для металлов – 10⁶ м^-1

Это означает, что для трехкратного ослабления интенсивности света достаточен слой металла толщиной ℓ = (1/10⁶ м) = 1 мкм, или слой стекла ℓ = (1/1 м) = 1 м, или слой воздуха толщиной ℓ = (1/10^{-3 м}) = 1 км.

Как видно, натуральный показатель поглощения k является величиной, обратной расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в среде в e раз. Натуральный показатель поглощения k зависит от длины волны света, поэтому целесообразно закон (2) записать для монохроматического света:

(3)

(3) закон Бугера-Ламберта

k_λ – монохроматический натуральный показатель поглощения.

Как уже указывалось в предыдущих лекциях, в области аномальной дисперсии происходит наиболее сильное поглощение света, монохроматический натуральный показатель поглощения k_λ при этом достигает max.

Зависимость k_λ = f(λ) является источником информации о состоянии вещества.

Иоганн Генрих ЛАМБЕРТ

Закон поглощения с учетом концентрации называют законом Бугера-Ламберта-Бера:

(4)

α – натуральный показатель поглощения света, отнесенный к концентрации вещества,

k=αС – это соотношение установил Бер для слабых растворов.

В лабораторной практике закон (4) обычно выражают через показательную функцию:

(5)

Причем ε и α связаны соотношением:

(6)

ε – молекулярная оптическая плотность.

Дата добавления: 2015-07-02